电子学系统电路设计论文

2022-04-20

摘要：为了提高非电专业学生的应用能力，针对卓越计划的教育需求，围绕少课时“电工电子学”课程研究改革方案，在基本理论教学内容中融入实际应用电路、在实验教学内容中增加故障模拟和典型应用电路、布置电工电子产品论文、采用半闭卷考试等。教学实践表明，该方案能够有效激发学习兴趣、提高实际应用能力、培养科学素养和创新思维。今天小编为大家推荐《电子学系统电路设计论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

电子学系统电路设计论文篇1：

电工电子学课程综合改革的探索与实践

摘要:本文主要通过介绍电工电子学课程体系、教学内容、教学手段、实验教学环节、网络教学环境建设等方面的教学改革情况,对电工电子学课程教学改革进行了探讨,将现代电子设计思想贯穿于电工电子学教学过程中,为电工电子学课程教学改革提供参考。

关键词:电工电子学;教学改革;探讨

当今社会已经进入信息时代,电工电子学课程在专业培养计划中的地位显著上升,电工电子基本技能已成为工科相关专业学生最重要的基础技能之一。为适应新一轮培养计划和教学大纲的需要及新时期电工电子学课程的教学特点,盐城工学院树立了注重实践教学、突出创新教育、回归工程实践的电工电子工程教育教学理念。电工电子学课程一方面要加强基础教学,另一方面教学必须将重点放在应用上,对培养应用型人才的一般高等院校,正确处理理论教学与实践教学的关系及正确定位电工电子学课程是进行教育教学改革的关键。该课程以培养学生掌握方法、建立创新意识为主导,引入EDA技术,精炼基础知识、基本理论。课程重点放在加强实践教学环节和基本技能训练上,由电工电子学理论课程、实践课程、创新设计课程、电工电子实习及各类现代电子系统设计竞赛组成应用型人才培养效果显著的教学体系。

一、构建电工电子学课程新体系

电工电子学课程教学内容一直被认为是电专业相关课程教学内容的“压缩饼干”,注重传统教学内容,忽视新技术、新器件等发展性内容,注重单元电路的分析,忽视单元电路间的联系以及组成的实用系统,注重知识点的完整性和系统性,忽视理论联系实际和能力的培养,不利于培养学生的自学能力和创新能力。为了解决这个问题,我们将教学内容的调整纳入整个课程体系的改革中,确定了电工电子学课程新体系。为了加强非电专业的电气电子工程基础、注重工程应用和引入新技术、培养学生的实验技能和系统集成能力,将电工电子课程内容梳理整合后分为基础篇和应用篇,电工电子学课程包括电路基础、模拟电子电路、数字电子电路和电工测量原理,培养计划项目设计直流电源、电力电子技术、电机及控制、可编程控制器以及测控系统设计。课程新体系,力求在保证电气工程基础内容的前提下,压缩传统内容,增加应用性和新技术内容,以信号测量、处理以及控制为主线,做到强电与弱电方面内容相结合,加强系统概念,注重培养用电能力,力求在拓宽知识面、强调实用性、引入新技术、培养系统集成能力等方面有所创新。

二、将现代电子设计思想贯穿在电工电子学教学中

对于一些比较抽象、难以理解的內容,我们将EDA仿真技术引入电工电子学教学中。仿真教学包括制作仿真型课件供课堂教学使用,利用EDA仿真软件进行电路设计分析、调试,这种教学方式可以针对不同目的(验证、测试、设计、纠错和创新等)进行训练,培养学生分析、应用和创新的能力。仿真教学的开展还可以把课堂教学以老师讲授为主的模式,改变为师生互动模式,使学生从被动接受转为主动学习。把EDA软件仿真与设计技术作为一条新的人才培养目标,纳入电工电子学课程教学之中。选择合适的软件来组建EDA软件仿真公共实验平台,从而构建软件仿真和硬件实验并重的电工电子学课程实验教学新体系。

三、电工电子学教学手段改革

为了解决日趋减少的教学时数与日益增多的教学内容这一对矛盾,我们对电工电子学课程教学手段进行了探索性的改革。

1.理论课教学手段改革

对于电工电子学课程中一些比较抽象,难以理解,教师用传统的教学手段很难讲解清楚的内容,在教学中,我们采用多媒体的强大功能,使得抽象的或难以进行教学操作的内容能形象、直观、生动地展现,实现教学由难化易,由繁化简,激发学生学习兴趣。

2.实验教学手段的改革

实验教学是理论教学的补充和延续,与理论教学相辅相成。采用开放式实验教学模式,能调动学生的学习主动性和积极性,增强实验的设计性、综合性和工程性,使学生实践能力得到充分锻炼。在实验中把EDA和实际调试结合起来,培养学生现代电工电子工程设计的思想,提高综合素质。为了配合开放实验的实施,实验室中为每张实验台都配备了一台用于电路仿真设计的计算机;为学生每人配备了一套实验元器件盒,其中包含了大部分实验中可能使用到的元器件及面包板,这套实验元器件盒一直伴随到整个实验周期结束;为了方便学生自主进行实验,我们把实验教学要求、实验内容、常用仪器仪表的使用方法、特殊故障处理、相关理论课内容等教学材料编制成网络教学软件,挂在网上,便于学生预习和查阅。

3.考核方式改革

考试改革应与教学内容、教学方法改革相适应。目前,电工电子学理论考核实现了真正意义上的教考分离,根据电工电子课程新体系建立试题库,考试时随意组卷,考试结束后试卷实行流水批阅;实验考核引入多媒体技术,利用计算机仿真功能出一些设计型考题,考查学生对本学科知识的综合掌握能力,避免了死记硬背、全班雷同的弊端。这样,既调动了教师的教学积极性,又激发了学生学习的主观能动性,取得了较好的教学效果。

四、以系统性、综合性思想构建电工电子学实践教学体系

实践教学是实施创新教育、提高学生创新能力的重点,是学生树立工程意识、培养实践动手能力的关键环节。实践教学共设计了五个阶梯式实践环节,即电工电子学实验、电工电子课程设计、电工电子实习、电子创新项目设计、电子系统设计竞赛,循序渐进地培养学生的实践动手能力。在这五个阶梯中,从课程设计阶梯向上引入实习、项目设计等,即在实际应用电子系统设计制作调试中,培养学生的实践动手能力,由创新实验项目、各类现代电子系统设计竞赛等组成综合性创新教育体系。创新实验室以项目管理方式向师生开放,鼓励更多的学生自己提出项目。

五、电工电子学系列网络建设

互联网的普及为开展全天候教学提供了平台,基于网络环境,研制网络教学资源,探索和研究网络教学模式,进行电工电子学网络课程的建设,是未来教学改革的主要方向之一。我们对电工电子学课程的资源、课件、实践环节等方面开展了全面的“网络化”建设,力求能满足“网络”教育的需求,促进精品课程建设。具体内容包括:①根据课程的教学要求,深入研究“网络”教学的性质、特点和方法,自主开发了优秀的多媒体网络教学课件;②开发了基于网络环境的实验教学软件,很好地满足了建立开放式实验模式、加强动手能力和创新能力培养的需求;③多方收集并积极制作了相关网络教学资源,初步建立起电工电子学课程资源库。

现代的教学理念是“以人为本、知识传授、能力培养、素质教育”,这一理念落实到电工电子学课程体系的改革中,就要求老师不断提高自身素质、更新教学理念、改进教学方法。

参考文献:

[1] 张亚军,等.电工电子实验教学改革的探索与实践[A].实验室会议论文集[C].成都:电子科技大学出版社,2006.

[2] 孙连荣.高校实验教学模式的研究与探索[J].实验室研究与探索,2003,22(1):4-6.

(作者单位:盐城工学院电气工程学院)

作者：成开友

电子学系统电路设计论文篇2：

面向卓越计划的少课时“电工电子学”课程教学改革与实践

摘要：为了提高非电专业学生的应用能力，针对卓越计划的教育需求，围绕少课时“电工电子学”课程研究改革方案，在基本理论教学内容中融入实际应用电路、在实验教学内容中增加故障模拟和典型应用电路、布置电工电子产品论文、采用半闭卷考试等。教学实践表明，该方案能够有效激发学习兴趣、提高实际应用能力、培养科学素养和创新思维。所提方案可以推广到其他少课时专业基础课中运用。

关键词：卓越计划;电工电子学;应用能力;创新思维

作者简介：曹玉苹（1982-），女，山东单县人，中国石油大学（华东）讲师，博士，研究方向为电工电子学基础课程教学;刘润华（1958-），男，山东梁山人，中国石油大学（华东）教授，研究方向为电工电子学基础课程教学;刘复玉（1963-），男，山东潍坊人，中国石油大学（华东）副教授，研究方向为电工电子学基础课程教学;贺利（1972-），女，四川广安人，中国石油大学（华东）讲师，研究方向为电工电子学基础课程教学;周兰娟（1978-），女，山东德州人，中国石油大学（华东）讲师，研究方向为电工电子学基础课程教学。

基金项目：山东省高等学校教学改革项目“电类基础课程自主性、探究性教学方法的研究与实践”（编号：2012145），主持人：刘润华。

为了提高工程教育人才培养质量，2010年教育部发布了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》，中国石油大学（华东）是第一批获批卓越计划的高等院校之一。卓越工程师的核心能力是创新能力和工程实践能力。为了培养具有一定创新能力和较强工程实践能力的本科毕业生，有必要面向卓越工程师教育培养计划研究切实可行的教学方案[1-3]。高等院校非电类专业普遍开设了“电工电子学”课程，结合卓越工程师教育培养计划，制定了教学改革方案。因此，针对中国石油大学（华东）石油工程、化学工程与工艺等专业开设的少课时“电工电子学”课程，分析课程教学中存在的问题，研究适合于非电卓越工程师教育培养计划的教学改革方案。

一、“电工电子学”课程现有教学方案存在的不足

中国石油大学（华东）的“电工电子学”课程已成为国家级精品课和国家级精品资源共享课，形成的国家级教学团队在教材建设、理论教学和实践教学等方面取得了一定研究成果。针对新时期卓越工程师的教育需求和少课时的客观条件，现有教学方案存在以下不足：

（一）理论教学内容涉及的实际应用电路偏少

少课时“电工电子学”课程教学内容只包括电路的基本概念、定律和分析方法、正弦交流电路、电路的暂态分析、常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器及其应用和数字集成电路及其应用[4]。在实际工程应用中，石油工程、化学工程与工艺等非电工程师需要面对测量与控制系统、变压器、电动机、直流稳压电源等典型电工电子设备。因此，如何在现有教学内容的基础上有效融入实际应用电路或典型设备是需要解决的关键问题[5]。

（二）实验教学内容以验证为主，缺乏应用背景

实验电路多为针对单一元器件的典型电路，不具有明确的应用功能[6]。实验内容以验证电路的工作原理为主，未涉及故障情况的分析和处理。由于实验时间有限，损坏器件会影响成绩或经济赔偿，学生无法根据兴趣对电路的故障特性进行测试。因此，如何增强实验电路的实际应用背景是亟待解决的关键问题。

（三）现有考核形式不利于培养创新能力

实际工程应用中只有问题，需要工程师自己确定采用何种方式分析哪些参数。而现有考试已在题目中明确指出电路分析方法和需求的参数，导致学生脑海里只见公式，不见知识体系，只见单个独立的方法，不见各方法的对比与综合。因此，如何通过合理设置考核方式引导学生培养应用能力和创新思维是需要解决的关键问题。

针对上述问题，从教学内容、教学方法和考核形式等方面进行研究，探讨适合卓越工程师教育培养计划的少课时“电工电子学”教学方案。

二、利用应用电路丰富教学内容

（一）优化整合理论教学内容

1.结合专业特色介绍自动控制系统。如针对化学工程和工艺专业介绍炼油厂分布式控制系统，针对石油工程专业介绍采油控制系统。通过接触工程实践中的系统，使学生建立完整的电工电子系统的概念，不仅拓宽了视野而且调动了学习积极性。

2.结合生活场景介绍电路的设计和制作过程。如以空调的温度检测和控制系统为例（如图1所示），介绍项目需求、功能分析、电路设计、电路制作和调试等环节，使学生从宏观上建立模块化分析和设计的概念，有利于学生对所学零散知识进行有机整合。

图1 空调温度检测和控制系统

3.在相关理论章节融入实际应用电路或典型设备。如在电感元件部分引入变压器，在三相交流电路部分引入三相变压器和三相异步电动机，在二极管元件部分引入直流稳压电源等。典型应用电路增强了理论知识的实用性，不仅能够调动学生的学习兴趣而且有助于培养学生的实际应用能力。

（二）增强实验教学内容的应用背景

1.为了体现实验电路的应用功能，对实验电路的规模进行扩大。以“一阶RC电路过渡过程的研究”为例，该实验主要观察电阻和电容端电压的波形，电路缺乏实际工程意义。可以在现有器件的基础上增加555定时器以构成脉冲信号发生器，学生重点研究一阶RC电路，同时了解应用广泛的555定时器，明确一阶RC电路的实际工程应用价值。

2.在实验预习环节增加软件仿真，学生通过仿真软件模拟实验内容。为了了解故障电路的特点，模拟元件短路、开路、电容容量衰减等典型故障。学生还可以根据个人兴趣和爱好对电路进行改造，观察信号的变化。通过软件仿真不仅满足了学生尝试改变电路的好奇心，而且使学生了解了故障电路的特点，有助于在实际操作中快速解决故障。

三、利用研究性、启发性等教学方法重点培养实际联系理论的能力

对于非电工程师，“电工电子学”课程教学的重点不是讲授深奥的理论，而是培养学生将电工电子基本知识应用于各自专业的工程实践能力。因此，应研究有效的教学方法，以使学生能够在实际工程问题面前有章可循地联系所学知识和方法。

（一）从研究性教学方法出发组织教学内容

为了解决具体问题，应首先介绍电路的基本元件、基本概念、定律和分析方法，其中基本元件不仅包括电路分析中的基本元件还包括模拟电子技术中的基本元件。学习完这部分内容之后，学生就具备了自主分析电路的基础。然后选择既在生产和生活中具有实际应用价值又能够覆盖主要教学内容的典型案例，引导学生将案例需求作为研究目标，将各个功能模块作为研究内容。教师按照功能模块组织教学内容，针对每个功能模块讲授涉及的典型电路，引导学生利用所学知识设计功能电路。由于石油工程专业、化学工程与工艺等专业对电路硬件制作要求不高，所以只对电路进行仿真调试，不进行硬件制作和调试。典型案例如空调温度检测和控制系统，该系统涉及温度检测（热敏电阻）、比较（集成运算放大器）、延时（暂态分析）、发光报警（二极管）、声音报警（555定时器和功率放大）、继电控制、直流稳压电源等环节，能够覆盖主要教学内容。

（二）利用启发教学法增强学生自主获取所需知识的能力

在理论知识的学习中，引导学生提炼电工电子工程师实现功能设计的深层次思维内涵。例如逐次逼近型模数转换器体现了逆向思维，戴维宁定理体现了黑箱建模的思想，启发学生利用这些思维方式分析问题解决问题。

对融入相关理论章节的典型工程应用电路或设备，重点介绍外部特性和关键原理，启发学生自主思考，通过查阅资料和讨论理解工作原理。如变压器，主要讲授电能和磁场能的互相转换原理，剩余内容由学生自学完成。

课堂上涉及的工程应用案例有限，可以启发学生思考如何利用典型案例解决同一类型问题。如介绍空调温度检测和控制系统，引导学生尝试设计炼油厂反应器压力检测和控制电路、有害气体报警器等。

四、优化多元考核方式，培养科学素质和创新思维

近年来普遍采用的多元考核方式有作业、半开卷考试、课程论文等，根据卓越计划特点对考核方式进行优化，以重点培养学生的科学素质和创新思维。

（一）改革传统作业模式，创新多元化考核方式

现有的电工电子学作业大多是抽象和简化的电路，实际工程意义已被省略。为了紧密联系工程应用，应大量增加具有实际工程背景的作业。作业题目应介绍实际应用背景、电路模型与实际器件的对应关系。如一阶线性电路暂态分析作业采用延时继电器，二极管作业采用整流电路，集成运算放大器的作业采用变送器中信号变换和放大电路等。该类型的作业不仅能够使学生明确理论知识的实际应用，而且有助于培养学生的数学建模能力。

由于电工电子学技术已经渗透到现代化生产和生活的方方面面，一些基本知识和方法随时可以用到，需要牢记。传统的闭卷考试容易误导学生死记硬背应付考试;允许自由携带少量资料的半开卷考试容易使学生产生无需记忆的懈怠心理，导致一些需要牢记的知识和方法没有掌握。为了避免上述问题，可以采用半闭卷的考核方式，即由教师统一提供参考资料。由教师明确哪些知识和方法是需要牢记的（如三相交流电、一阶线性电路的暂态分析等），哪些知识和方法在应用时可以查阅资料（如常用中规模组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能表）。对于后者，在试卷中应根据需要提供资料。

为了引导学生建立完整的知识体系，对题目要求进行改革，不再明确指出利用什么方法求哪些参数，而是由学生根据应用需要自行确定哪种方法最优、哪些关键参数需要分析。这种类型的题目有助于学生明确方法的使用特点、公式的适用条件，培养严谨的科学精神。

（二）设置课程论文环节，培养科学素质和创新思维

为了培养学生的科学规范和创新思维，设置课程论文环节。结合典型电工电子产品讲授什么是创新以及创新的重要性。由学生自主选定生活中的电气电子产品作为研究对象，查阅资料、独立思考并撰写论文。要求阐述所选产品的主要工作原理，指出存在的问题，展望发展方向。学生利用幻灯片做报告，回答提问。该课程论文利用所学知识分析实际电路，不仅有助于激发学生的学习兴趣，而且拓宽了视野。启发学生分析电子产品存在的问题，培养学生发现问题的能力。根据需求启发学生分析电子产品的发展方向，培养创新思维。

从卓越工程师教育培养计划的需求出发，研究少课时“电工电子学”课程的教学内容、教学方法、考核方式的改革方案。对于课程论文环节，学生选题不仅有传统的电热毯、收音机、LED显示屏等传统电子产品，还出现了移动电源、智能手环、心脏起搏器、电吉他等新兴产品，丰富了教学内容。教师针对学生困惑进行解答，并指导论文写作规范，学生科学素养得到培养和锻炼。课程实践表明，该方案能够有效激发学习兴趣，提高理论知识的实际应用能力。该教学方案也可以推广到其他少课时专业基础课，提高学生的实际应用能力。

参考文献：

[1]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育， 2010（17）：30-32.

[2]王宝玺.关于实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高校教育管理， 2012（1）： 15-19.

[3]王菁华，等.“‘卓越计划’123模式”的创建与实践研究[J].高等工程教育研究，2012 （3）：47-52.

[4]刘润华.电工电子学[M].东营：中国石油大学出版社，2008.

[5]黎明，付扬.少学时电工电子学课程教学改革探究[J].实验技术与管理， 2010（11）：292-294.

[6]郝宁眉.电工电子学实验与实习[M].东营：中国石油大学出版社，2004.

责任编辑时红兵

作者：曹玉苹刘润华刘复玉贺利周兰娟

电子学系统电路设计论文篇3：

MATLAB仿真技术在《机械电子学》教学中的应用

摘要：为了克服常规教学方法的不足，提高机械电子学课程教学质量，在该课程教学过程中引入了MATLAB仿真技术，对基于MATLAB的课程教学方法与教学内容进行了分析，并以某型炮弹制导控制系统阻尼回路的设计为例，进行了MATLAB仿真技术的教学应用研究。实际应用表明，采用MATLAB仿真技术，可以有效解决机械电子学课程教学中的难点问题，为该课程的教学提供一种全新的途径和方法。

关键词：机械电子学；MATLAB；教学；仿真技术

引言：

机械电子学兴起于上个世纪80年代，是一门交叉性学科，随着现代科技发展逐渐形成的。机械电子学知识量大，并且机电融合，内容更新快，对实践的要求十分高，所以学生在学习过程中不仅要熟悉掌握各个专业知识和关键技术，还要去理解机械电子学的精髓，掌握机电一体化的理论实践方法，以便能够很好地运用这些技术。但在实际教学过程中发现，由于各种原因，学生对信息、控制及系统论方面知识比较欠缺，并且由于硬件教学条件的限制，许多机电实验无法正常进行，这给《机械电子学》课程的教学形成了一定的阻碍。

MATLAB作为工程领域最为流行的仿真软件之一，已被广泛应用于信号处理、电路设计与仿真、控制、机械、管理等领域，其提供的图形界面仿真手段——Simulink，使得机电系统的建模与仿真效率得到大大提高[2-3]。本文就MATLAB在《机械电子学》课程教学中的应用做一些探讨。

一、课程研究内容及难点

机械电子学是一个综合的概念，包含了技术和产品两方面的内容，首先是机电一体化技术，其次是机电一体化产品。机电一体化的原理、技术、设计理论和方法，构成了机械电子学的研究内容。

机电一体化技术是以系统论、控制论和信息论为理论基础和方法论，在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术等现代高新技术群体基础上发展起来的一种高新技术。概括起来，机电一体化共性关键技术主要有六项：机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术，其基本体系结构如图1所示[4]。机电一体化产品是富含高新技术的技术密集型产品。机电一体化为机械产品注入了新的技术，把计算机和电子器件的传感检测、信息处理、自动控制等功能融合到机械装置中去，从而获得了过去只靠一种技术而无法实现的功能和效果，在功能、性能、质量和效率等方面都有高水平的发展。机电一体化技术应用系统工程的观点和方法来分析、研究机电一体化产品或系统，综合应用各种现代高新技术进行产品设计和开发，通过各种技术的有机结合，实现产品内部各组成部分的合理配置和外部的整体性能最佳。因此，机电一体化产品表现出整体结构最佳化、系统控制智能化和操作性能柔性化。

机电系统静态和动态设计是课程的核心内容，要求学生能够从系统设计的角度分析机械系统和微机控制系统的元部件特性，掌握机电系统稳态和动态设计的分析方法。但是，动态系统设计涉及到的知识既有系统论和控制论方面内容，又有诸如系统动态参数整定等实践性非常强的内容，学习难度相当大。鉴于此，在该课程的教学实践中，笔者以计算机为工具，借助于MATLAB仿真技术，充分利用其强大的优化设计及仿真分析能力，把该课程中抽象内容形象、直观地表达出来，取得了良好的效果。

二、基于MATLAB的教学方法

在《机械电子学》课程的整个教学环节中，需要涉及机械传动系统、执行元件以及控制系统等多个用于实现机电有机结合的功能模块，如何将这些不同系统、模块的共性表达出来，是帮助学生理解、消化并建立学习主线，是实现各个章节知识串联的一个重要环节。MATLAB工具可以实现该功能，通过采用该软件对不同类型的系统进行仿真和特性分析，不仅使学生对机电系统特性有了直观的认识，而且帮助学生掌握了一门有用的学习工具，为以后的学习和工作奠定一个良好的基础。

在教学过程中，可以通过MATLAB/Simulink实现机电系统动态仿真功能，解决学生对系统动态特性的理解只是停留在公式这一难题；可以通过调节模型参数，研究延迟力矩和积分控制器的效果，让学生对控制以及一些典型的调节手段有了更为直观的认识；还可以利用提供的大量机械模块的仿真工具包，通过这些工具，可以方便地对一些常见的机械元、部件进行特性分析，如液压元件、齿轮传动系统等，并能随时改变约束条件和连接方式，及时观察所设机构在变参数下运行时的工作特性。

综上所述，基于MATLAB建成一个能够模拟实际系统问题的虚拟实验室，从而加深学生对知识的认识和理解，掌握其基本分析方法。

三、基于MATLAB的教学内容

基于MATLAB的教学内容主要包括五个方面：

1.利用MATLAB分析系统时间响应。在完成系统间响应求解方法的讲解以及系统时域指标的讨论后，将利用MATLAB提供的函数系统在不同输入作用下的时间响应，并在单位阶跃响应的基础上，求取系统时域性能指标。在MATLAB中，可以采用impulse函数、step函数、lsim函数对线性连续系统的时间响应进行仿真计算。其中，impulse函数用于生成单位脉冲响应，step函数用于生成单位阶跃响应，lsim函数用于生成对任意输入的时间响应。在求出系统的单位阶跃响应以后，根据系统性能指标的定义，分析系统上升时间、峰值时间、最大超调量和调整时间等性能指标。

2.利用MATLAB分析系统频率特性。Nyquist图和Bode图是系统频率特性的两种重要的图形表示形式，也是对系统进行频率特性分析的重要工具。MATLAB提供了绘制系统频率特性极坐标图的nyquist函数和绘制对数坐标图的bode函数，通过这些函数不仅可以得到系统的频率特性图，而且还可以得到系统的幅频特性、相频特性、实频特性和虚频特性，从而通过计算得到系统的频域特征量。

3.利用MATLAB分析系统的稳定性。在MATLAB中，如果已知系统的特征方程，应用roots函数可以直接求出系统的特征根。根据特征根的分布情况，判定系统是否稳定。通过MATLAB提供的margin函数，求出系统的幅值裕度、相位裕度、幅值穿越频率和相位穿越频率，从而直接分析系统是否稳定以及系统的相对稳定性。

4.利用MATLAB设计系统校正。通过MATLAB进一步讨论系统校正的设计问题，所采用的设计方法仍然是基于Bode图的频率分析方法。教学过程中，设定某单位反馈控制系统可以通过调整增益满足稳态性能指标要求，但相位裕度过小，不满足相对稳定性要求，从而通过采用超前校正环节进行校正。

5.利用MATLAB分析线性离散系统。与可用于线性连续系统分析和设计的函数对应，MATLAB提供了用于线性离散系统分析和设计的函数。教学中，采用c2dm函数和d2cm函数实现系统模型变换。其中，采用c2dm函数将线性连续系统模型转换为线性离散系统模型，d2cm函数将线性离散系统模型转换为线性连续系统模型。另外，利用dstep函数、dimpulse函数和dlsim函数对线性离散系统的时间响应进行仿真计算[5]。

四、教学案例分析

利用MATLAB进行某型炮弹制导控制系统阻尼回路的仿真设计，是《机械电子学》课程教学中采用的经典案例之一。

对于轴对称弹体，俯仰通道和偏航通道结构相同，因此在制导控制系统设计时常以俯仰通道为例进行控制系统设计。控制系统的内回路是阻尼回路，阻尼回路主要由舵机环节、弹体环节和校正网络三部分组成。阻尼回路的结构框图如图2所示。

特征点选择与5.2.3节相同，特征点处的弹体传递函数为：

从弹体传递函数可以看出，在特征点T1处原弹体阻尼为0.1，属于严重欠阻尼，因此将特征点处阻尼回路的期望阻尼设置为0.8。

校正网络设计主要是对阻尼回路传递函数系数

弹体开环传递函数Bode图如图4、图5所示，由图可知在增加阻尼回路前，弹体已经是稳定的，在增加阻尼回路滞后，弹体保持较好的稳定性，弹体带宽变小，因此弹体振荡得到抑制。MATLAB仿真结果表明，阻尼回路明显改善了弹体动态特性。

五、结束语

通过上述研究可以得出，在《机械电子学》教学过程中采用MATLAB软件可以有效地完善课程教学内容，实现了理论教学与实践教学的有机结合，不仅对加强学生的理论学习有较大的帮助，而且也提高了学生对所学知识的运用能力和分析问题、解决实践中问题的能力。

参考文献：

[1]叶大鹏.计算机仿真技术在《机电一体化系统设计》教学中的应用[J].福建农林大学学报：自然科学版，2004，33（4）.

[2]江岳春，邓建国，罗德荣.MATLAB在异步电动机电源反接制动教学中的应用[J].电气电子教学学报，2002，24（4）.